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Simultaneous Multi-Projection für VR, 3D und Curved

Eine interessante und möglicherweise für VR-Spiele entscheidende Anpassung findet sich in der überarbeiteten Polymorph-Engine. Während es bei der Tessellation-Einheit sowie dem Rasterizer offenbar keine Änderungen gegeben hat, lässt die so genannte Simultaneous Multi-Projection Engine (SMP) die Versionsnummer auf 4.0 hochspringen.

Die Einheit ermöglicht es unter anderem, Geometrie-Leistung beim Rendern einzusparen, indem mehrere Perspektiven aus einer einzigen Berechnung der Geometrie abgeleitet werden. Pascal unterstützt 16 simultane Viewports. Maxwell bot zwar ebenfalls offiziell bereits neun, die von Nvidia auf Basis der Technologie angekündigten Verfahren sind für Maxwell aber bisher nicht verfügbar.

16 Perspektiven auf Basis einer Geometrie-Berechnung

Um Ressourcen beim Berechnen der Geometrie einzusparen, müssen die Viewports den selben Ausgangspunkt beim Rendern haben. Die 16 Viewports können sich auf zwei verschiedene Ausgangspunkte beziehen, die aber wiederum entlang derselben X-Achse liegen müssen. Entlang einer Achse können die Blickrichtungen beliebig entlang einer Achse rotiert oder geneigt werden.

SMP muss per SDK vom Entwickler in das Spiel integriert werden

Da jedes Primitive (meistens ein Dreieck) bei den verschieden Projektionen gleichzeitig mehrfach erscheinen können, unterstützt SMP eine so genannte Multi-Cast-Funktionalität, die es der Applikation erlaubt, der GPU mitzuteilen, die Geometrie maximal 32-fach zu replizieren (16 Projections bei zwei Projection Center). Das bedeutet allerdings, dass SMP explizit von der Anwendung unterstützt werden muss (Entwickler erhalten SDK), was zur Zeit noch bei keinem Programm der Fall ist.

Der zu erwartende Nutzen ist dann wiederum von der Geometrie-Last eines Spiels beziehungsweise einer Szene abhängig. Gibt es viel Geometrie, kann SMP einen guten Leistungsschub bringen. Bei wenig Geometrie entsprechend wenig. Theoretisch kann die Berechnungen der Geometrie um bis den Faktor 32 beschleunigt werden. Die Bildqualität beeinflusst die Funktion nicht.

Große potentielle Vorteile für VR und exotische Monitore

In einer von Nvidia selbst entwickelten Techdemo konnte die Leistung um etwa 22 Prozent gesteigert werden. In Bezug auf VR, dem Paradebeispiel für die Technik, spricht Nvidia hingegen sogar von einer bis zu doppelt so hohen Spieleleistung. Aber es gibt auch noch andere Einsatzgebiete wie den Surround-Betrieb mit drei Monitoren. Spiele betrachten solch ein Setup bisher automatisch für einen sehr breiten Monitor und rendern entsprechend nur von einem Sichtpunkt aus. Da die beiden äußeren Displays aber schräg aufgestellt werden, stimmen die Winkel zwischen den Monitoren nicht mehr überein.

Durch SMP kann Pascal nun einfach drei verschiedene Viewports verwenden, das Bild für die äußeren Monitore neigen und entsprechend würde das Bild über die drei Displays nicht mehr verzerrt wiedergegeben werden – die Berechnung der Geometrie bleibt aber dieselbe.

Nvidia will einen neuen Menüpunkt im Treiber erstellen, der eine genau Konfiguration der genutzten Winkel zwischen den Monitoren zulässt. Wenn die 16 Viewports nicht ausreichend sind, wie zum Beispiel bei einem Curved-Monitor, kann das Bild dennoch genauer auf dem Monitor ausgegeben werden als ohne Viewports. Zu guter Letzt ist auch der 3D-Betrieb auf einem 2D-Monitor ein Fall, bei dem SMP Geschwindigkeit einsparen kann.

VR profitiert gleich doppelt

VR profitiert von SMP nicht nur beim „Single Pass Stereo“ (zwei Viewports in einem Renderdurchgang) sondern ebenso beim „Lens Matched Shading“. Denn bei VR-Brillen sieht der Spieler nicht direkt auf die Displays, sondern zunächst auf gebogene Linsen. GPUs rendern dafür ein klassisches planares Bild mit zusätzlichen Informationen am Bildrand und neigen das Endergebnis dann, bis es korrekt auf die Linsen passt. Aufgrund der Form der Linsen werden so auch Bildbereiche gerendert, die der Spieler am Ende nicht zu Gesicht bekommt.

Da Entwickler mit SMP mehrere Sichtpunkte nutzen können, kann das tatsächlich gerenderte Bild der Linsenform näherungsweise angepasst werden. Laut Nvidia ist es so möglich, die Anzahl an zu berechnenden Pixeln von 2,1 Megapixel pro Auge auf 1,4 Megapixel zu reduzieren.

In der Standardeinstellung ist Lens Matched Shading so konfiguriert, dass die Bildqualität gegenüber der alten Methode gleichwertig ist. Ist ein Entwickler bereit, Qualität zu opfern, dafür jedoch die Performance zu erhöhen, kann dies durch eine andere Sampling Rate erzielen. So kann die Abtastrate der finalen Bilder mit der eines sehr frühen Renderdurchganges verglichen werden. Ist die Samplerate höher oder gleich hoch als die des vermuteten Ergebnis, leidet die Bildqualität nicht.

Durch Single Pass Stereo und Lens Matched Shading kann Pascal die Leistung in VR-Spielen laut Nvidia – bei entsprechender Implementierung – gegenüber Maxwell im Optimalfall verdoppeln.